Studiul pompelor de căldură

Introducere

O maşină termică este o maşină de forţă în care se produc transformări termodinamice ale unui agent termic.

Maşinile termice pot fi:

- maşini termice generatoare, care transformă energia mecanică a unor corpuri solide în energie internă a unui agent termic;

- maşini termice motoare, cunoscute şi sub denumirea de motoare termice, care transformă energie internă a unui agent termic în energia mecanică a unor corpuri solide.

Pompele de căldură – ca sisteme de conversie a energiei – sunt maşini termice care pot să ridice calitatea căldurii de la un nivel scăzut de temperatură la un nivel mai ridicat. Acest lucru este posibil doar dacă se consumă, din exterior, o anumită cantitate de energie.

Avantajul utilizării pompelor de căldură constă în faptul că energia consumată este de câteva ori mai mică decât cea reprezentată de transferul de căldură între cele două medii. Pompele de căldură reprezintă una dintre puținele tehnologii de producere fiabilă a căldurii, disponibilă practic pretutindeni, și care poate asigura confort termic cu emisie de carbon extrem de redusă, uneori chiar zero.

Sursele de căldură pentru pompele de căldură pot fi diferite:

• fie naturale (aerul, apa de suprafață sau din pânza freatică, subsolul, apa de mare, energia solară);

• fie căldura recuperabilă din industrie.

Pompele de căldură, ca sisteme de conversie a energiei, sunt maşini termice care pot ridica calitatea căldurii de la un nivel scăzut până la un nivel ridicat de temperatură. Acestea pot furniza, în mod obişnuit energia termică până la temperaturi de 120 °C.

Capitolul 1 Noţiuni generale

1.1. Scurt istoric

• În anul 1834 a fost construită prima pompă de caldura de catre Jacob Perkins.

• În anul 1852 Lord Kelvin descoperă că un frigider poate fi folosit şi pentru încălzit. Descoperă că în acest caz energia folosită pentru funcţionarea pompei de căldură este mai mică decât energia termică rezultată, deci pompa a absorbit energie din mediu ( aer, apa, sol ) şi astfel a produs energie.

• În anul 1855 s-a realizat o pompă de căldură dupa un proiect al lui Peter Ritter von Rittinger folosind principiul frigiderului.

• În perioada 1860-1870 au apărut primele aplicaţii pentru producerea de gheaţă, apoi, aplicaţii pentru răcire în industria berii şi industria alimentară.

După primul război mondial a început apogeul frigiderelor de uz casnic în special în Statele Unite.

• În 1929 Criza mondială a afectat dezvoltarea, dar fiind o instalaţie rentabilă s-au produs multe frigidere. S-a finalizat o pompă de căldură mare pentru încălzirea clădirilor din Zurich.

• În 1945 s-a pus în funcţiune prima pompă de căldură cu sursa sol în Statele Unite.

1.2. Clasificare

Cele două tipuri principale de pompe de căldură sunt pompe de căldură cu compresie și pompe de de căldură cu absorbție. Pompe de căldură cu compresie întotdeauna funcționează pe energie mecanică (prin energie electrică), în timp ce pompele de căldură cu absorbție pot rula și pe căldură ca sursă de energie (prin intermediul de energie electrică sau combustibili).

După felul surselor de căldură utilizate, pompele de căldură pot fi:

• pompe de căldură de tip aer-aer, care au ca sursă de căldură aerul atmosferic şi folosesc aerul ca agent purtător de căldură în clădirile în care sunt montate; la acest tip de instalatii, inversarea ciclului este deosebit de uşoară, în sezonul rece echipamentul putând functiona în regim de încălzire iar în sezonul cald în regim de conditionare;

• pompe de căldură de tip apă-aer, care folosesc ca sursă de căldură apa de suprafată sau de adâncime, apa caldă evacuată din industrie, agentul purtător de căldură fiind aerul;

• pompe de căldură de tip sol-aer, care folosesc ca sursă de căldură solul iar agentul purtător de căldură este aerul;

• pompe de căldură de tip soare-aer, care folosesc ca sursă de căldură energia termică provenită prin radiatie de la soare iar agentul purtător de căldură este aerul;

• pompe de căldură de tip aer-apă, care folosesc ca sursa de căldură aerul, iar ca agent purtător de căldură apa;

• pompe de căldură de tip apă-apă, care folosesc ca sursă de căldură apa, iar ca agent purtător de căldură tot apa;

• pompe de căldură de tip sol-apă, care folosesc ca sursă de căldură solul, iar ca agent purtător de căldură apa; • pompe de căldură de tip soare-apă, care folosesc ca sursă de căldură radiatia solară, iar ca agent purtător de căldură apa.